毕业设计（论文）-75th煤粉锅炉设计.doc

XX级本科毕业设计论文 目 次1 绪论-31.1 锅炉简介-31.2 电力现状-31.3 展望-电站锅炉的发展趋势-31.4 我国大力施行的各措施-42 设计任务与燃料特性参数-53 燃烧产物和锅炉热平衡计算-73.1 燃烧产物计算-73.2 烟气特性表-73.3 烟气焓温表-73.4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算-114 炉膛设计和热力计算-124.1 炉膛结构设计-124.2 燃烧器的设计-144.3 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算-164.4 炉膛热力计算-184.5 后屏过热器结构计算-204.6 后屏过热器热力计算-224.7 对流过热器设计及计算-244.8 对流过热器热力计算-264.9 高温再热器结构设计及尺寸数据计算-294.10 高温再热器热力计算-314.11 低温再热器设计及计算-334.12 低温再热器热力计算-354.13 省煤器引出管结构尺寸计算-374.14 省煤器结构设计-404.15 省煤器热力计算-424.16 空气预热器结构计算-43 4.17 空气预热器热力计算-455 热力计算数据的修正和计算结果汇总-475.1 热力计算数据的修正-475.2 排烟温度校核-475.3 热空气温度校核-485.4 热平衡计算误差校核-485.5 热力计算结果汇总-496 阻力计算：-506.1 后屏过热器阻力计算：-506.2 对流过热器阻力计算：-506.3 高温再热器阻力计算：-516.4 低温再热器阻力计算：-526.5 省煤器阻力计算：-536.6 空气预热器的阻力计算-546.7 烟道的阻力计算：-546.8 除尘器的阻力：-556.9 烟囱阻力计算：-556.10 自生风阻力计算：-556.11 烟道总压降：-557 风道阻力计算-567.1 空气预热器（空气侧）的阻力计算-567.2 热风道阻力计算-577.3 设备阻力选取-577.4 风道总阻力-577.5 风道自生风计算-577.6 风道全压降-578 风机的选择-578.1 引风机-578.2 送风机-68结 论-60参考文献-61致 谢-621. 绪论1.1 锅炉简介 将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。燃烧设备以提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。1.2 电力现状电力及电站设备制造是国民经济的支柱产业之一,我国发电设备的总装机容量已达到336. 6GM；发电设备的装机容量正以7 %8 %的速度逐年递增。随着电力工业的发展,电网装机容量不断扩大,华东电网装机容量已达55000MW;华北电网达40000MW; 东北、华中电网也都超过25000MW。火力发电占电力总装机容量75 % ,我国制造的电站设备约占其中的80 % ,在我国的电力事业的发展中,电站设备制造业做出了巨大的贡献。在我国,电力市场需求仍有巨大空间,虽然总装机容量和发电量已位居世界第二,但人均装机容量及用电量仅为发达国家的1/ 15 ,世界平均的40 %左右,也就是说,要达到世界平均水平,总装机容量还需增加一倍半。国民经济高速持续发展,电力必须先行,电站设备制造业责无旁贷承担此重任,继续为我国电力事业做出应有的贡献。1.3 展望-电站锅炉的发展趋势是： 1.3.1 提高蒸汽压力和过热蒸汽温度，以提高电站效率。例如对过热和再热汽温均为540的锅炉,当把出口汽压从17兆帕提高到24兆帕时，电站效率约可提高 2；若温度不变而进一步提高压力，则电站效率提高不了多少。而这时若提高过热蒸汽温度却能较有效地提高电站效率。为此需要寻求价格合理、工艺性能较好的高强度耐热钢材。 1.3.2 增大单机容量，以降低电站单位功率(千瓦)的设备造价。例如单机容量从150兆瓦增大到300兆瓦时，机组设备造价下降约20；由300兆帕增至600兆瓦时，则降低15。因此，电站锅炉的发展方向总的说来是增大单机容量。但增大到一定容量时再继续增大，经济效益将显著减小。单机容量究竟应增大到何等程度，尚是一个值得探索的问题。 1.3.3 由于世界上的能耗日益增大，而石油和天然气从长远的观点来看又供应不足，因此燃煤锅炉的比例将增大，并研制烧劣质煤的锅炉。为了使劣质煤得到有效的利用，还有待于掌握煤和灰渣的各种特性，因为它影响到燃烧设备的布置，受热面的积灰、磨损和腐蚀。 1.3.4 由于承担基本负荷的核电站的比例日益增大，要求火电机组承担负荷调节任务，而变压运行方式在负荷变动时有较高的经济性并可降低汽轮机的热应力，所以适于带中间负荷的变压运行锅炉日益受到重视。设计这种锅炉尚有待于解决的主要技术问题是低负荷运行时燃烧的稳定性、锅炉部件的疲劳强度、锅炉的启动控制、辅助设备在低负荷运行时的经济性等。 1.3.5 电站锅炉的排烟中含有飞灰、硫氧化物SOX和氮氧化物NOX ,会污染环境。其中飞灰的污染在技术上已基本解决，解决其他污染是正在研究的课题。1.4 我国大力施行的各措施多年来我国电力部门与设备制造厂及大专院校等单位经过不懈的努力做了大量的工作如：1 逐步提高排放标准，并在燃煤火电站中加装脱硫、脱硝设施；2 逐年关停一大批效率低、煤耗大、污染严重的50 MW 容量以下小型火电机组，单2000 年就计划关停3000 MW 容量；3 建设一批抽水蓄能电站和燃气轮机发电机组，增加电网调峰能力；4 推行电厂竞价上网措施，促使电厂进行技术改造；5 在火电厂中逐步推广实施全厂计算机优化管理系统和故障诊断技术，加强状态检修概念；6 为了解决燃烧高硫劣质煤，引进和自行开发大容量循环流化床燃烧的电站锅炉。2. 设计任务与燃料特性参数一、 设计题目 75t/h煤粉锅炉设计二、 其基本数据：1 锅炉蒸发量D1 75 t/h2 再热蒸汽流量D2 35 t/h3 给水温度tgs 2354 给水压力pgs 15.6MPa（表压）5 过热蒸汽温度t1 5406 过热蒸汽压力p1 13.7MPa（表压）7 再热蒸汽进入锅炉机组时温度t2 3308 再热蒸汽离开锅炉机组时温度t2 5409 再热蒸汽进入锅炉机组时压力p2 2.5MPa（表压）10 再热蒸汽离开锅炉机组时压力p”2 2.3MPa（表压）11 周围环境温度 20度12、燃料特性：淮北洗中煤应用基成分（%）：Cy=47.9；Hy=3.042；Oy=5.15；Sy=0.45,Ny=0.86,Ay=34.74；Wy=7.86可燃基挥发分：Vr=24.8%低位发热量：Qydw=18289kJ/kg三、 灰融点：t1、t2、t3 150013、制粉系统 直吹式 ，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机14、汽包工作压力 15.2MPa（表压）排烟温度假定值 =150；热空气温度假定值=335煤的元素分析数据由燃料特性得知Vr=24.8%20%，但是Qydw=18289kJ/kg18840 kJ/kg，所以属于劣质烟煤，且属高灰分煤。四、锅炉整体布置的确定1、锅炉整体的外型选形布置选形布置的理由如下：（1） 锅炉排烟口在下方，送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低。烟囱也可以建筑在地面上；（2） 在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除灰的能力；（3） 各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热；（4） 机炉之间连接管道不长。2、受热面的布置在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大。烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内的对流受热面。除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。为使前屏、后屏过热器中的传热温差不至于过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。为了减少热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热气温的调节，使负荷在100%-75%之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用摸式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。热风温度要求较高（=330），所以采用二级布置空气预热器，在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修也方便，因此采用单级回转式空气预热器，并移至炉外布置。在主省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。3. 燃烧产物和锅炉热平衡计算3.1 燃烧产物计算1） 理论空气量和理论烟气容积： =0.0889（+0.375）+0.265-0.0333=4.9079 m3/kg理论体积： =0.79+0.8=3.8841 m3/kg三原子气体理论体积为：=1.866=0.8970 m3/kg理论体积： =0.111+0.0124+0.016=0.5141 m3/kg理论烟气容积： =+=5.2952 m3/kg3.2 烟气特性表 根据锅炉的燃料属劣质烟煤，其炉膛出口过量空气系数=1.2，选取各受热面烟道的漏风系数，制成表如下：表3-1 烟气平衡表烟道名称过量空气系数漏风系数烟道名称过量空气系数漏风系数入口出口入口出口炉膛 后屏过热器（l,hp） 1.20=0.05=0低温再热器，（dzr）1.301.350.05对流过热器（dlgr）1.201.250.05省煤器(sm)1.351.400.05高温再热器(gzr)1.251.300.05空气预热器(ky)1.401.500.13.3 烟气焓温表计算表3-3列出的各项，此表为烟气焓温表。表3-2 烟气特性表名称及公式L,hpdlgrgzrdzr,psmsmky烟道进口过量空气系数烟道出口过量空气系数烟道平均过量空气系数0.5( 过剩空气量（）体积 烟气总体积 体积份额 体积份额 三原子气体总体积份额+ 烟气质量1- /(kg/kg)飞灰无因次浓度 /(kg/kg)1.21.21.20.98160.52996.29260.14250.08420.22678.34430.03551.21.251.2251.10430.53196.41730.13980.08290.22278.50450.03681.251.301.2751.34970.53586.66660.13460.08040.21508.82500.03571.301.351.3251.58510.53986.91600.12970.07810.20789.14550.03491.351.401.3751.84050.54377.16530.12520.07590.20119.46600.03421.401.501.452.20860.54977.53940.11900.07290.19199.94670.0316表3-3 烟气焓温表烟气温度=34.74%=0.0375.VRO2=0.897Nm3/kg)V0N2=3.883(Nm3/kg)()(c)fhAy*a*(c) fh/100(c) Ro2(c)*VRo2(c)N21234561008125.33170152.4913020016952.84357320.22926030026482.54559501.423392400360112.56772692.484527500458143.20994891.618664600560175.0912251098.825804700662206.9814621311.414948800767239.8117051529.3851094900875273.5819521750.94412421000984307.6622041976.988139211001097342.9924582204.826154412001206377.0727172437.149169713001361425.5329772670.369185314001583494.9432392905.383200915001758549.6635033142.191216616001876586.5537693380.793232517002064645.3340363620.292248418002186683.4743053861.585264419002386746.0145744102.878280420002512785.4048444345.0682965V0N2=3.883(Nm3/kg)V0H2O=0.514 (Nm3/kg)V0k=4.907 (Nm3/kg)(c)N2*VN2(c) H2O(c) H2O*VH2O789101112504.93315177.6291760.3776132647.84281009.866304156.28641539.220942661305.50141522.5672463238.02832344.560744031977.88372046.9207626321.82663173.788905422660.08182579.0424795408.70954022.568186843357.00363122.8164969498.16294894.893908304073.5573682.12681149590.70095791.222629784799.92624249.20541334685.80946704.2100211295541.01914824.05221526784.51667633.0903012826291.92785406.66721723885.79438577.1069414377052.65235997.05041925989.64259534.5069215957828.10056591.317721321096.061210501.5958617538603.54877197.237323441205.050411498.1869619149393.72067803.156925591315.581912519.06258207610188.80048412.960627791428.683913533.49178223910988.78819030.532530021543.328214541.20386240311793.68379648.104432291660.028915573.75554256712598.579310269.560434581777.757816592.37796273113403.474910891.016436901897.02917636.93016289914228.002111516.356539262018.356618665.18302306615047.62141.21.251.301.351.401.501314151617181019.51471084.298962061.42152191.971643036.823135.71423333.502593971.81344104.81754237.82164861.81915029.66935197.51945709.60535913.28326116.9616320.63896751.20796991.20427231.20057471.19687812.41388089.46488366.51588891.47599206.07239987.637411100.12712222.30613376.93114556.82315731.24916899.94118093.47119273.07320482.53121674.707因为6，所以烟气焓中应加上飞灰的焓3.4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表3-4所示名称符号单位计算公式及数据来源数值燃料带入热量kJ/kgQydw 18289排烟温度假设150排烟焓kJ/kg烟气焓温表3-31638.1353冷空气温度给定20冷空气理论焓kJ/kg查烟气焓温表3-3296固体不完全燃烧热损失估取3气体不完全燃烧热损失估取0.1散热损失 估取0.1排烟损失()(100)/ 6.333376571燃料物理热损失估取0锅炉总的热损失q+9.533376571锅炉热效率gl100q90.46662343过热蒸汽焓kJ/kg按P=13.82Mp t=540查水蒸气性质表3434给水焓kJ/kg按P=15.68Mp, tgs= 235,查水蒸气性质表1016.4过热蒸汽流量kg/h已知75000再热蒸汽出口焓kJ/kg按P=2.45Mp, tgs= 540,查水蒸气性质表3551.4再热蒸汽进口焓kJ/kg按P=2.6Mp, tgs= 330,查水蒸气性质表3078.3再热蒸汽流量kg/h已知35000再热蒸汽焓增量kJ/kg-473.1锅炉有效利用热量QglkJ/hD()103pD()103197878500小时燃料消耗量Bkg/hQgl/( gl) 11959.69953计算燃料消耗量Bjkg/hB(1q4/100)11600.90854保热系数1- /(gl + q5 )0.998895844. 炉膛设计和热力计算4.1 炉膛结构设计。表3-5 炉膛结构设计序号名称符号单位计算公式或数据来源数值（一）炉膛尺寸的确立1炉膛容积热强度kW/ 选取1502炉膛容积BQydw/3600 405.05730493炉膛截面热强度kW/选取17004炉膛截面积BQydw/360035.740350435炉膛截面宽深比a:b按a:b=11.2选取16炉膛宽度am选a值使a:b=11.25.9787炉膛深度bm/ a5.9788冷灰斗倾角选=50509冷灰斗出口尺寸m选0.51.4110冷灰斗容积36.4511折焰角长度m1/4 b1.494512折焰角上倾角2045度4513折焰角下倾角2030度3014前屏管径及壁厚dmm选用384.515前屏管内工质质量流量Kg/(.s)选取100016前屏管子总流通面积A（假设减温水量=14t/h0.0208317前屏每根管子面积 （为内经）0.000660218前屏总管子数n根A/3219前屏横向管距mm按=5501500选取120020前屏片数片按a/-1=3.98选取43.9816721前屏单片管子数根按1/4n=8选取822前屏纵向节距mm按/d=1.11.25选取4423前屏最小弯曲半径Rmm按R=1.52.5选取7524前屏深度Mm（-1）2+2 R76625前屏与前墙之间距离mm选取201726前后屏之间距离mm选取100027炉膛出口烟气流速m/s选取628炉膛出口烟气温度选取110029炉膛出口流通面积.16.9971562930炉膛出口高度m/a2.8432847631前屏高度m按选定2.8432847632水平烟道流速m/s1033水平烟道高度m.1.7059734折焰角高度m按-选取0.274435炉顶容积 68.74 36炉膛主体高度m 8.390161296 水冷壁1前后墙水冷壁间回路个数个 5.978/2.5=2.391（按每个回路加热宽度2.5 m选取）32左右侧墙水冷壁回路个数个5.978/2.5=2.391（按每个回路加热宽度2.5 m选取）33管径及壁厚mm选取6064管子节距smm按s/d=1.21.4选取725前后墙管子根数根按a/s+1=83.028选取836左右侧墙管子根数根按b/s+1=83.028选取834.2 燃烧器的设计燃烧器为正四角大小切圆布置，假想小切圆直径200mm，大切圆直径800 mm。燃烧器通过连接体焊于水冷壁管上，与水冷壁一起膨胀。点火轻油枪采用机械压力雾化方式。表3-6燃烧器特性计算序号名称公式及计算结果1一次风份额,/%252三次风份额,/%由制粉系统来的干燥剂203二次风份额,/%100-554一次风出口速度, /(m/s)选用355二次风出口速度,/(m/s)选用45三次风速 /(m/s)选用50一次风温200二次风温310三次风温70燃烧器数量 z/个四角布置46一次风口面积A1/()0.31.064.8615.3650.057二次风口面积A2 /()0.0558三次风口面积,A3 /()0.0479燃烧器假想切圆直径d/ mm选取80010燃烧器矩形对角线长度 / mm 1139411特性比值 / mm12特性比值 40.2燃烧器喷口宽度/mm按 取420一次风喷口高度 /mm119二次风喷口高度 /mm131三次风喷口高度 /mm112燃烧器高度 /mm5652最下排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离 /mm1.684.3 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算表3-7 炉膛结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积(0.766+2.017+1.000)*2.84311.391901(5.978+5.978-1.495)*0.5*1.4957.81959755.978*8.36 49.976080.5*(5.978+3.489)*1.4837.0197805+76.2073592前墙面积8.39+1.495+2.84+0.5*(5.978-3.489)/cos50+3.489/2*5.97898.090377563后墙面积5.978*（8.39+2.114+1.936+3.489/2）84.7949414炉膛出口烟窗面积2.843*5.97816.9954545炉顶包覆面积(0.766+1.000+2.017)*5.97823.9538466前屏面积2*2.843*0.99*422.516567燃烧器面积413（燃烧器布置的总宽度和总高度分别为1.0m和3m）128前后侧墙水冷壁角系数按膜式水冷壁选取1.09炉顶角系数查附录s/d=45/38=1.184 e=0.5d0.9710前屏角系数s/d=42/38=1.10.9911炉膛出口烟窗处角系数1.012整个炉膛的平均角系数0.99763324613前屏区的侧墙面积2*2.84*0.766 4.35088 14前屏区的炉顶面积5.978*0.7664.579148 15前屏区的炉墙面积+8.930028 16炉膛自由容积的水冷壁面积355.319308617炉膛容积a455.567592118前屏占据容积0.766*2.84*5.97813.0047803219炉膛的自由容积-442.562811820前屏区与炉膛的水平分割面积0.766*5.9784.57914821前屏区与炉膛的垂直分割面积4*5.978*247.82422自由容积的辐射层有效厚度3.6/4.48423前屏间容积的辐射层有效厚度3.6/（+）0.558324炉膛的辐射层有效厚度S 4.339125燃烧器中心线的高度m6.05626炉膛高度m8.39+2.84+1.495+1.48314.20827燃烧器相对高度/0.3528火焰中心相对高度/+ (=0)0.35表3-8 前屏过热器结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1管径及壁厚dmm 由结构设计知384.52单片管子数根由结构设计知83前屏片数片由结构设计知44蒸汽流通截面积A 0.785(为管子内径)0.036273285 蒸汽质量流速Kg/(.s)574.34379616前屏蒸汽平均比容/kg查蒸汽特性表，P=14.55MPa,t=3720.0247蒸汽流速wm/s13.784251118前屏辐射受热面积20.99539.24.4 炉膛热力计算表3-9 炉膛热力计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1热空气温度给定3352理论热空气焓KJ/kg查焓温表23523炉膛漏风系数由空气平衡表知0.054制粉漏风系数选用0.065冷空气温度给定206理论冷空气焓KJ/kg查焓温表1307空预器出口过量空气系数-（+）1.098空气带入炉内热量KJ/kg+（+）2577.9891kg燃料带入炉内的热量KJ/kg 20848.1253610理论燃烧温度由查焓温表191211炉膛出口烟温假定110012炉膛出口烟温焓KJ/kg查焓温表11100.17213烟气的平均热容量KJ/(kg. )（-）/（-）12.004914发光火焰黑度对于S大于等于2.5m燃烧煤粉的炉膛al=0.80.815发光火焰辐射减弱系数 对于S大于等于2.5m燃烧煤粉的炉膛,kl可以不用计算16平均火焰黑度 MPaa=m*al+(1-m)*an m=1（对于煤粉炉火焰m取1）0.817受热面污染系数S m.MPa选取0.3518前后侧墙水冷壁的热有效系数0.34917163619炉膛黑度0.9197153720与炉内最高温度位置有关的系数M查附录B=0.56，C=0.50.2121炉墙面积m2386.765896622炉膛出口烟温 1109.47366923炉膛出口烟焓kJ/kg查焓温表（1127924炉膛吸热量kJ/kg9558.5595225炉膛容积热强度KW/BQydw/3.6133.36926炉膛截面热强度KW/ m2BQydw/3.6170027炉内平均辐射热强度KW/ m2BQy.682.1035728前屏辐射吸热分布系数查附录0.8429前屏辐射热强度KW/ m2 68.96730前屏吸热量W1552.90KJ/Kg3.6/Bj481.89731后屏辐射吸热分布系数选取0.8232后屏辐射热强度KW/ m2 42.7533后屏吸热量W(=) ， 3.6/ Bj3854000kJ/kg3.6/ Bj124.9434饱和蒸汽焓kJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=3452644.7135前屏焓增量kJ/kg Bj(（D-）74.53936前屏出口蒸汽焓kJ/kg+2719.2537前屏出口蒸汽温度查蒸汽特性表，p=14.41MPa34638炉膛出口烟温校核（假定值）-（计算值）9.47374.5 后屏过热器结构计算表3-10后屏过热器结构计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1管径及壁厚dmm 选用3832单片管子数根83屏片数片84屏深度Cm1.545屏的平均高度 m(2.843+2.165)*0.52.5046横向节距mm选用5507比值w /d14.473684218纵向平均节距1540/28(屏的深度方向有28个管间距)409比值/d/d1.2110屏的角系数0.9511屏区接受炉膛热辐射面积=16.99545412屏的对流受热面积